DE10209871B4

DE10209871B4 - Verfahren und Anordnung zur Reduzierung der Rauch- und Schadstoffbelastung

Info

Publication number: DE10209871B4
Application number: DE2002109871
Authority: DE
Inventors: Axel Kretzschmar
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2002-03-06
Filing date: 2002-03-06
Publication date: 2007-08-09
Anticipated expiration: 2022-03-07
Also published as: DE10209871A1

Abstract

Verfahren zur Reduzierung der Rauch- und Schadstoffbelastung, die infolge von Bränden in Räumen mit langen Fluchtwegen, entstehen dadurch gekennzeichnet, dass in die von dem Brand angesaugte Luft zu einem geringen Anteil Wasserdampf, -nebel oder -feinsttröpfchen eingebracht werden.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anordnung zur Reduzierung der Rauch- und Schadstoffbelastung bei Bränden in Räumen mit langen Fluchtwegen, wie unterirdischen Räumen, Verkehrsanlagen u. ä.

Es sind Versuchsstände bekannt, die in der Art einer Sprinkleranlage das Löschen im Tunnel herbeiführen sollen, um dabei gleichzeitig die weitere Rauchbildung zu verhindern und mittelfristig dann auch die Verrauchung abzubauen ( DE 195 14923 A1 ).

Weiterhin sind Rauchschotte bekannt, die zur Verhinderung der Rauch- und Wärmeausbreitung über die Öffnungen des Bauwerkes Wasservorhänge benutzen. Hierbei werden mittels Wassersprühdüsen und auch Wasserrohren, in denen sich feine Sprühöffnungen befinden, Wasservorhänge erzeugt.

Es wird ferner eine Löschanlage beschrieben, bei der über Feinsprühdüsen feine Wassertröpfchen von oben auf den Brandherd in einem Straßenverkehrstunnel gegeben werden. Diese führen bei ausreichender Löschintensität zum Verlöschen der Flammen.

Über die gleichmäßige Verteilung des Wassernebels über den Tunnelquerschnitt werden nach DE-OS 10019537 Rauch und Schadstoffe bei einem Brand aus dem Rauchgas herausgewaschen und die entstehende Wärme gebunden.

Die o. g. Erfindungen verfolgen insgesamt das Ziel, einerseits durch Löschen in der Folge die Rauchbildung zu verhindern, andererseits durch eine Behandlung des Rauches Rußteilchen und wasserlösliche Schadstoffe und Gifte aus dem Rauchgas zu entfernen, um die Luft zumindest für einen für die Selbstrettung notwendigen Zeitraum atembar zu gestalten und das Erkennen der Fluchtrichtung zu ermöglichen. Die Rauchgaswäsche mit ihrer Rußbindung und Schadstoffabsorption wasserlöslicher Gase und Dämpfe kann erfolgreich durchgeführt werden, wenn in entsprechenden Umfang die anlagenseitigen Aufwendungen erhöht werden. Unbeeinflusst durch diese Maßnahmen bleibt der hohe Gehalt an hochtoxischem Kohlenmonoxid, das sich nicht im Wasser löst und infolge der unvollständigen Verbrennung bei einem Brand immer ein gefährlicher Begleiter, insbesondere in Tunnelanlagen und anderen geschlossenen Räumen bleibt. Die Gefahr besteht darin, dass Kohlenmonoxid nicht mit Wasser herausgewaschen werden kann, und damit ist seine hohe Toxizität immer präsent für Betroffene, Eingeschlossene, Fliehende und Rettungskräfte. Auch ungenügend bzw. mit hohem Aufwand entfernter Rauch aus der Atemluft, der auch aus einer fortschreitenden Brandausbreitung resultieren kann, und die durch Rauch ausgelöste Sichtbehinderung sind lebensbedrohende Gefahrenmomente in Räumen mit langen Fluchtwegen.

Das Problem der Erfindung besteht somit in der Schaffung eines Verfahrens zur Reduzierung der Rauch- und Schadstoffbelastung bei Bränden in Räumen mit langen Fluchtwegen, wie unterirdischen Räumen, Verkehrsanlagen u. ä., bei dem die Luft atembar bleibt, die Sicht verbessert sowie die Toxizität der durch Rauchgas belasteten Luft durch die Reduzierung der Rauchbildung und damit auch des Kohlenmonoxid-Gehaltes verringert wird. Aufgabe der Erfindung ist es ferner, auch bei nicht vollständiger Brandlöschung, die Brandintensität zu senken, die Rauchausbreitung wesentlich zu reduzieren und eine Kühlung der Rauchgase herbeizuführen.

Zur Realisierung des Verfahrens sollen herkömmliche kostengünstige Anlagen, wie sie z. B. in der DE-OS 10019537 beschrieben, verwendet und ohne großen Aufwand komplettiert werden können. Der erforderliche Wasserbedarf soll die Leistungsfähigkeit vorhandener Versorgungssysteme nicht übersteigen.

Erfindungsgemäß wird das Problem dadurch gelöst. dass in die für die Verbrennung erforderliche Luft zu einem geringen Anteil Wasserdampf, -nebel oder -feinsttröpfchen eingebracht werde Sind diese Tröpfchen klein genug, dass sie nicht unmittelbar zu Boden fallen, sondern mit der zum Brand strömenden Luft in die Flammen eingesogen werden, reduziert sich schlagartig der Ruß- und Kohlenmonoxid-Gehaltes im Rauchgas. Dadurch werden weniger unvollständige und damit toxische und krebserzeugende Verbrennungsprodukte erzeugt. Es entstehen mehr Produkte der vollständigen Verbrennung, die wasserlöslich und mit Wasser über die beschriebenen Bögen leichter auswaschbar sind. Die Effizienz der Anlage wird somit insgesamt gesteigert.

Bei Bränden mit einer vorgeprägten Strömungsrichtung ist es ausreichend, in Strömungsrichtung vor dem Brand Wassernebel in die Verbrennungsluft einzubringen. Der Gehalt des Wassernebels in der Verbrennungsluft kann bis zu 10 Vol.% betragen. Je nach brennbarem Stoff sollte ein Gehalt von 1 bis 3 Vol.% optimal sein. Tröpfchen mit einem Durchmesser < 100 μm sind geeignet. Optimale Bedingungen für eine möglichst ruß- und kohlenmonoxidarme Verbrennung lassen sich bei einem Tröpfchendurchmesser < 10 μm erzielen.

Eine weitere Verbesserung lässt sich erzielen, wenn diesem Wasser sogenannte Verbrennungsaktivatoren mit einem geringen Anteil zugesetzt werden. Auch der Zusatz dieser Stoffe in reiner Form bewirkt eine ruß- und kohlenmonoxidarme Verbrennung.

Zur Lösung des Problems der Erfindung gehört ferner die in Patentanspruch 5 beschriebene Anordnung der Feinstsprühdüsen. Sind Verkehrstunnel, wie sie z. B. in der DE-OS 100 19 537 beschrieben, mit Sprühbögen in Abständen zwischen 10 bis 500 m senkrecht zur Fahrtrichtung entlang der Tunnelwand ausgerüstet, werden diese in ihrem unteren Bereich mit den erfindungsgemäßen Feinstsprühdüsen versehen. Als Sprührohrbögen werden wasserführende Rohre verwendet, die mit Wassernebel- und/oder Sprühtropfendüsen bzw. -gruppen wasserführend verbunden sind. Diese sind am Sprührohrbogen so verteilt, dass das über die Düsen ausfließende Wasser die zufließenden Rauchgase in der beschriebenen Weise reinigt. Die Wasserversorgung erfolgt über die vorhandene Wasserversorgungsanlage und einem steuerbaren Ventil, das in einer Gefahrensituation über Detektoren oder andere Steuerelemente geöffnet wird. Um die Effizienz die Flucht und Rettung zu erhöhen, können weitere Bögen nachgeschaltet werden.

Im Brandfall werden die Feinstsprühdüsen des in der Rauchhauptausbreitungsrichtung vor dem Schadensereignis befindlichen Sprühbogens aktiviert, die einen besonders feinen Wassernebel erzeugen. Auch wenn alle anderen Bögen gleichfalls über diese Düsen verfügen, dürfen nur die Düsen des Bogens aktiviert werden, der vor dem Brand angeordnet ist. Bei Einsatz dieser Düsen in den Bögen nach dem Brand verschlechtert sich die Sicht, so dass diese Düsen nicht aktiviert werden dürfen.

Das Einsprühen feinster Wassertröpfchen in den Brand verringert die Rauchbildung wesentlich, so dass die Luft soweit um Rauch und Kohlenmonoxid reduziert wird, dass sie über einen längeren Zeitraum atembar bleibt, und dabei kühl und durchscheinend gehalten wird. Gerade letzteres ist für die Erkennbarkeit der Fluchtrichtung wichtig, die Chancen für Flucht und Rettung erhöhen sich deutlich.

Nachfolgend soll die Erfindung an einem Beispiel näher erläutert werden. In der zugehörigen Zeichnung zeigen
1 das Schema einer erfindungsgemäß installierten Anlage zur Sicherung der Flucht und Rettung sowie die Rauch-, Wärme- und Schadstoffentstehung in einem Verkehrstunnel im Fall eines Brandes und
2 die Rauch-, Wärme- und Schadstoffausbreitung bei in Funktion befindlicher Anlage.
Wie in 1 zu erkennen ist, sind in einem Verkehrstunnel 1 erfindungsgemäß Bögen 2 entsprechend den für Verkehrstunnel geltenden Projektierungsrichtlinien installiert. Im vorliegenden Beispiel bestehen sie aus Rohrleitungen mit Düsen 3, die entlang der Wandung des Verkehrstunnels 1 und im Deckenbereich parallel und quer zur Fahrbahn diesen Bereich umspannen und angeschlossen sind. Die Bögen 2 funktionieren im Normalfall als Luftansaugbögen, während sie im Fall eines Brandes zur Leitung des Wassers als Sprührohrbögen dienen. Die Umschaltung zwischen diesen beiden Funktionen erfolgt über Ventil- und Steuerschränke 4, die auch den Anschluss der Bögen 2 an die Wasserversorgung gewährleisten. In dem Ventil- und Steuerschrank 4 ist das Luftansaugsystem mit Detektoren mit Auswerteeinheit integriert. Der von einem Brand 5 aufsteigende Rauch breitet sich entsprechend der Strömungsrichtung 6 aus.
In der Ausführungsform gemäß 2 sind nicht näher beschriebene Düsen 3 an den Bögen 2 befestigt, deren Austrittskegel 7 in die Strömungsrichtung 6 der Schadstoffe und der Luft gerichtet sind. Sie sind so angeordnet, dass in Strömungsrichtung 6 hinter jedem Bogen 2 der gesamte Querschnitt 8 des Verkehrstunnels 1 durch die Austrittskegel 7 der Düsen 3 erfasst wird, was in der 2 durch eine senkrechte Schraffur verdeutlicht ist. Jeweils eine für die Reduzierung des Ruß- und Kohlenmonoxid-Gehaltes im Rauchgas zuständige Feinsfsprühdüse 9 befindet sich zweckmäßiger Weise beiderseits im unteren Bereich der Bögen 2. Sie sprühen in die Mitte des Verkehrstunnels 1.
Im Folgenden soll die Funktion des Verfahrens und der Anordnung zur Reduzierung der Rauchbildung und des Gehaltes an Kohlenmonoxid im Rauchgas beschrieben werden:
Wie oben bereits erläutert, ist die Umschalteinrichtung in dem Ventil- und Steuerschrank 4 im üblichen Betrieb der Anlage so eingestellt, dass die Wasserversorgung in Bereitschaft ist. Die Bögen 2 dienen als Luftansaugbögen. Über die brandtechnische Auswertung erfolgt bei Überschreiten des zulässigen Gehaltes an Brand-, Rauch- und Schadstoffen die Ansteuerung des Ventil- und Steuerschrankes 4. In diesem Moment öffnen die Bögen 2. Über den Ventil- und Steuerschrank 4 wird ein Bogen 2 vor dem Brand 5 und ein oder mehrere Bögen 2 hinter dem Brand 5 in Betrieb gesetzt. Während bei dem Bogen 2 vor dem Brand die Feinstsprühdüsen 9 zur Reduzierung der Rauchbildung und des Gehaltes an Kohlenmonoxid im Rauchgas mit sprühen, sind die Feinstsprühdüsen 9 zur Reduzierung der Rauchbildung und des Gehaltes an Kohlenmonoxid im Rauchgas an den Bögen 2 hinter dem Brand 5 nicht in Funktion. Das Wasser gelangt über die Bögen 2 zu den Düsen 3. Nur die Feinstsprühdüsen 9 am Bogen 2 vor dem Brand 5 sind in Betrieb. Die Düsen 3 sind dabei in der so beschriebenen Weise ausgerichtet, dass der gesamte vom Brand 5 aufsteigende Rauchgasstrom die Bögen 2 passieren kann. Der mittlere Bogen 2 in 2 zeigt einige der aus den Düsen erzeugten Sprühkegel 7, die wegen der Erhaltung der Übersichtlichkeit nicht vollständig dargestellt sind. Der innige Kontakt der Wassertröpfchen und/oder -nebel führt zu einer Bindung mit den Schadpartikeln und -gasen. Bereits bei deren Durchgang durch eines der Sprühfelder wird die Konzentration der Schadpartikel und -gase entscheidend gesenkt. Jeder zusätzliche Durchgang durch einen Bogen 2 erhöht die Effizienz der Reinigung.
Im Gegensatz dazu sind die Feinstsprühdüsen 9 des Bogens 2 vor dem Brand in die Mitte gerichtet. Da die Tröpfchen einen sehr kleinen Durchmesser aufweisen, bleiben sie längere Zeit im Schwebezustand. Dadurch bleiben sie auch in dem Luftstrom, der vom Brand 5 zur Verbrennung angesogen wird. Der hohe Gehalt an feinsten Wassertröpfchen verbleibt im Verbrennungsluft/Wassernebel-Gemisch und führt beim Eintritt in die Verbrennungs- und Flammenzone zu einer gravierenden Reduzierung der Rauch- und Kohlenmonoxidbildung. Insgesamt wird dadurch weniger Rauch und toxisches Kohlenmonoxid gebildet, der heiße Rauch gekühlt und atembar sowie durchscheinend gestaltet, so dass in einem Tunnel eingeschlossene Personen atmen und die Fluchtrichtung eigenständig erkennen und dadurch flüchten können. Ebenso erhalten die Einsatzkräfte der Feuerwehr und andere Rettungs- und Hilfskräfte die Möglichkeit, an den Ereignisort zu gelangen.

Claims

Verfahren zur Reduzierung der Rauch- und Schadstoffbelastung, die infolge von Bränden in Räumen mit langen Fluchtwegen, entstehen dadurch gekennzeichnet, dass in die von dem Brand angesaugte Luft zu einem geringen Anteil Wasserdampf, -nebel oder -feinsttröpfchen eingebracht werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Konzentration des Wasserdampfes, -nebel oder der -feinsttröpfchen in der Verbrennungsluft bis zu 10 Vol.% beträgt.
Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Tröpfchendurchmesser < 100 μm beträgt.
Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass dem Wasser zu einem geringen Anteil Verbrennungsaktivatoren zugesetzt werden.
Anordnung zur Reduzierung der Rauch- und Schadstoffbelastung, die infolge von Bränden in Räumen mit langen Fluchtwegen entsteht, wobei zur Brandbekämpfung entlang des Lichtraumprofils der Räume Bögen (2) mit Düsen (3) angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Bögen (2) in ihrem unteren Bereichen zusätzlich Feinstsprühdüsen (9) aufweisen und im Fall eines Brandes die Feinstsprühdüsen (9) nur jenes Bogens 2 aktiviert werden, der in Strömungsrichtung der Luft vor dem Brandherd (5) liegt.